軟包裝薄膜
當(dāng)前，軟包裝行業(yè)發(fā)展迅速，除了具有基本的保護(hù)功能，包裝材料根據(jù)內(nèi)容物的特點(diǎn)和保質(zhì)需求，應(yīng)在阻隔性、密封性、力學(xué)性能等方面予以合理的加強(qiáng)。對(duì)于質(zhì)量較重的內(nèi)容物來(lái)說(shuō)，包裝的耐沖擊性能無(wú)疑是關(guān)系產(chǎn)品安全的重要指標(biāo)，需要重點(diǎn)關(guān)注。
耐沖擊性能是包裝薄膜材料的重要的力學(xué)性能之一，反映了材料抵抗外部破壞力的能力。尤其對(duì)于包裝材料與內(nèi)容物間隙小或沒(méi)有間隙，且質(zhì)量較重的包裝，耐沖擊性能直接影響包裝在沖擊條件下的完整性及保護(hù)性作用，能夠有效避免產(chǎn)品在流通環(huán)節(jié)中因包裝薄膜材料的耐沖擊性能差導(dǎo)致的破損。因此，合理而有效的耐沖擊性能是包裝，尤其是質(zhì)量較重包裝的關(guān)鍵點(diǎn)，也是相關(guān)企業(yè)進(jìn)行包裝質(zhì)控的重要方面。
廣州標(biāo)際包裝設(shè)備有限公司認(rèn)為耐沖擊性能是包裝材料實(shí)際應(yīng)用中的具有現(xiàn)實(shí)意義的指標(biāo)。目前,落鏢沖擊法是國(guó)內(nèi)外薄膜耐沖擊性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一認(rèn)定方法,通過(guò)對(duì)包裝材料進(jìn)行科學(xué)的日常檢測(cè)和質(zhì)量控制,不僅能夠防止因材料韌性不足而出現(xiàn)的包裝表面破損情況的發(fā)生,而且能作為包裝材料增韌研究的參考數(shù)據(jù),因而應(yīng)加以重視。
落鏢沖擊試驗(yàn)
耐沖擊性能檢測(cè)方法
針對(duì)包裝薄膜材料耐沖擊性能的質(zhì)量控制，國(guó)內(nèi)外專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)制定了相應(yīng)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，如國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T9639.1-2008、標(biāo)準(zhǔn)ISO 7765-1:198、美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ASTM D1709。三者在內(nèi)容上具有相通性，均了自由落鏢法為塑料薄膜和薄片耐沖擊性能試驗(yàn)方法，即測(cè)定在給定高度的自由落鏢沖擊下，塑料薄膜和薄片試樣破損數(shù)量達(dá)50%時(shí)的能量，以沖擊破損質(zhì)量表示。
自由落鏢法根據(jù)材料的沖擊破損質(zhì)量范圍分為方法A和方法B兩種試驗(yàn)方法。A法適用于沖擊破損質(zhì)量為0.05kg~2kg的材料，其落鏢頭部直徑為（38±1）mm，下落高度為（0.66±0.01）m；B法適用于沖擊質(zhì)量為0.3kg~2kg的材料，落鏢頭直徑為（50±1）mm，下落高度為（1.5±0.01）m。在給定條件下，這兩種方法測(cè)得的數(shù)據(jù)不具有可比性。
自由落鏢法的試驗(yàn)儀器由落鏢池、落鏢釋放裝置、定位工具、兩片式環(huán)形試樣夾及其他配件構(gòu)成，如圖1。在設(shè)計(jì)或選購(gòu)測(cè)試儀器時(shí)，需注意以下問(wèn)題：1、環(huán)形試樣夾的上下接觸面之間需要附加橡膠墊圈以減少厚度差異對(duì)測(cè)試的影響，效果的墊圈規(guī)格為厚度3.0±1mm,邵氏硬度為50到60，內(nèi)徑為125±2mm,外徑為150±3mm。2、落鏢釋放裝置利用電磁吸附釋放落鏢鏢頭，其承重質(zhì)量至少為2kg。3、落鏢頭。落鏢頭為半球形，其圓柄直徑為6.5±1mm，長(zhǎng)度至少為115mm，以滿(mǎn)足增重砝碼的添加。
試驗(yàn)前，需要根據(jù)GB/T2918的規(guī)定，取尺寸大于環(huán)形試樣夾橡膠墊圈的試樣置于溫度（23±2）℃，相對(duì)濕度（50±5）%的環(huán)境中不少于40h，使試樣達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。將試樣置入環(huán)形試樣夾中，啟動(dòng)落鏢釋放裝置，在不添加增重砝碼的前提下，進(jìn)行預(yù)試驗(yàn)，確保落鏢沖擊試樣地點(diǎn)位于試樣的中心位置且試樣不發(fā)生滑移。由于隨著落鏢質(zhì)量的增加，滑移的發(fā)生幾率也會(huì)成倍上升，因此在正式試驗(yàn)中可采用在落鏢釋放前后，于環(huán)形上夾頭內(nèi)壁試樣表面畫(huà)圈，觀察是否重合來(lái)判斷滑移程度。
正式的落鏢沖擊試驗(yàn)中，ASTM標(biāo)準(zhǔn)提供了階梯法和交替法兩種試驗(yàn)方案，而其余兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)只介紹了前者。階梯法，是在試驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)完成一個(gè)試樣試驗(yàn)后，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果即破損或未破損的情況，使用統(tǒng)一的配重塊來(lái)增減鏢頭的重量。配重塊△m約為沖擊破損質(zhì)量的5%~15%。這是國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)皆認(rèn)可的一種測(cè)試方案，具有通用性和普遍性。具體方法為：選定試驗(yàn)方法A或B，將個(gè)試樣平整均勻的夾緊在環(huán)形夾具上，通過(guò)操控電磁吸附裝置使落鏢垂直落下，檢查試樣是否破損。若個(gè)試樣破損，如圖2，用配重塊△m減少落體質(zhì)量。若無(wú)破損，則用配重塊△m增加落體質(zhì)量，如此繼續(xù)試驗(yàn)至20個(gè)試樣，統(tǒng)計(jì)破損試樣總數(shù)N。若N=10，則試驗(yàn)完成。若N<10，補(bǔ)充試樣繼續(xù)試驗(yàn)直至N=10為止；若N>10，補(bǔ)充試樣繼續(xù)試驗(yàn)直到不破損試樣的總數(shù)等于10為止。終根據(jù)公式1、2、3計(jì)算沖擊破損質(zhì)量。
Mf=mo+△m(A/N-0.5) ------------------- (1)
A= ---------- (2) N= ------------ (3)
式中，mo——試驗(yàn)破損時(shí)的小落體質(zhì)量，g；△m——增減用的相同配重塊質(zhì)量，g；ni——落體質(zhì)量為mi時(shí)的試樣破損數(shù)；zi——落體質(zhì)量為mo到mi時(shí)的配重塊數(shù)（mo時(shí)，z=0）；N——破損試樣總數(shù)。
交替法，是指連續(xù)測(cè)試10個(gè)試樣為一組的試樣組，每組試樣進(jìn)行試驗(yàn)的落鏢質(zhì)量通過(guò)統(tǒng)一的配重塊增加或減少。至少應(yīng)獲得5組沖破試樣百分比，分別為0%、和三個(gè)大于0%小于。按照式（4）計(jì)算沖擊破損質(zhì)量。
Mf=mL-[△m(S/100-0.5)] -------------------(4)
式中，Mf是沖破質(zhì)量，g；△m是配重塊質(zhì)量，g；mL是能使得破損試樣的百分比的落鏢質(zhì)量，g；S是不同落鏢質(zhì)量（從破損百分比為0對(duì)應(yīng)的質(zhì)量到mL）下破損試樣的百分比之和。
落鏢沖擊試驗(yàn)儀GBD-L
包裝薄膜耐沖擊性能提升要點(diǎn)
上述檢測(cè)，能對(duì)包裝薄膜材料的耐沖擊性做出快速評(píng)判，如何進(jìn)一步提升薄膜材料的耐沖擊性，需要從薄膜沖擊的受力變化進(jìn)行分析。研究表明，薄膜被沖破的過(guò)程中，會(huì)從落鏢接觸部位向外發(fā)生彈性形變，直至通過(guò)屈服點(diǎn)發(fā)生變形，進(jìn)而產(chǎn)生塑性變形，直至斷裂。根據(jù)上述薄膜沖擊的受力分析，耐沖擊性能優(yōu)異的薄膜材料應(yīng)具備良好的綜合性能：首先，材質(zhì)應(yīng)均勻無(wú)缺陷，利于應(yīng)力的平穩(wěn)擴(kuò)散，延緩薄膜破損的進(jìn)程；其次，薄膜應(yīng)具有良好的耐撕裂性，防止材料破損后缺口的迅速擴(kuò)展；第三，也是關(guān)鍵的，即薄膜材料的韌性，是薄膜材料的自身特性，與分子組成、制作工藝以及外界環(huán)境因素有著密切關(guān)系，是決定薄膜耐沖擊性的主導(dǎo)因素。薄膜增韌的方法有很多，基本上可以歸結(jié)為材料改性和復(fù)合薄膜兩種方式。
1.材料改性
PE、PP、BOPP、PA是塑料薄膜制造常用的材料，其中，PE的力學(xué)性能一般，拉伸強(qiáng)度較低，耐沖擊性較差。PP是一種半結(jié)晶性材料，強(qiáng)度相較PE更高，但在低溫下脆性較大，BOPP是雙向拉伸聚丙烯，其強(qiáng)度較未取向的薄膜有所提高。PA因?yàn)橄噜彿肿拥?C=O和HN- 之間存在氫鍵，所以它是具有很強(qiáng)分子間作用力的聚合物。這種強(qiáng)作用力以及結(jié)晶性使其成為有韌性、高熔點(diǎn)的熱塑性塑料，還有很好的抗穿刺性、沖擊強(qiáng)度和溫度穩(wěn)定性。
對(duì)于韌性較為欠缺的薄膜材料，適當(dāng)?shù)母男阅苡行嵘湫阅堋Ｒ訮P為例，增韌改性有化學(xué)和物理兩種手段。化學(xué)改性是通過(guò)共聚、接枝、交聯(lián)等化學(xué)手段在PP大分子主鏈上引入第二單體，形成無(wú)規(guī)共聚物、嵌段共聚物、接枝共聚物或交聯(lián)結(jié)構(gòu)，破壞分子鏈的規(guī)整性，減小球晶尺寸，從而提高PP的沖擊性能。物理手段主要包括共混和填充等，加入添加劑賦予PP新的性能，而在實(shí)際生產(chǎn)中，將塑料、橡膠或熱塑性彈性體與PP共混是應(yīng)用的改性方法。
2.復(fù)合薄膜
除了對(duì)薄膜材料進(jìn)行改性增韌外，采用薄膜復(fù)合工藝，通過(guò)各復(fù)合層優(yōu)劣互補(bǔ)，也能獲得的綜合性能，如PA/PE、PET/PE、PA/CPP、PA/AL/PE等。一般外層材料，如PA、PET等主要承擔(dān)外部的沖擊應(yīng)力，而內(nèi)層材料如PE、CPP多用于熱封。雖然此方法原理簡(jiǎn)單，但在復(fù)合過(guò)程中，復(fù)合膜的耐沖擊性仍存在一個(gè)變數(shù)——各復(fù)合層的厚度。以BOPA/LDPE為例，相關(guān)試驗(yàn)表明隨著LDPE的厚度從60靘增加到95靘厚度時(shí)，BOPA/LDPE的沖擊破損質(zhì)量從391g升高到589g，達(dá)到峰值。之后伴著LDPE厚度的繼續(xù)增加，BOPA/LDPE的沖擊破損質(zhì)量反而開(kāi)始下滑。這是由于BOPA的韌性?xún)?yōu)于LDPE，當(dāng)后者厚度較小時(shí)，前者主導(dǎo)復(fù)合薄膜的耐沖擊強(qiáng)度。但LDPE增加到一定厚度后，復(fù)合薄膜的耐沖擊強(qiáng)度的主導(dǎo)因素逐漸轉(zhuǎn)移到LDPE層上，整體向著脆化方向轉(zhuǎn)變。當(dāng)落鏢沖擊在復(fù)合膜上時(shí)，韌性較差的LDPE層先破裂，因此導(dǎo)致了復(fù)合膜的落鏢沖擊破損質(zhì)量的下降。
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